דמיטרי מנדלייב והטבלה המחזורית של 1869

מיהו דמיטרי מנדלייב?

דמיטרי איבנוביץ' מנדלייב נולד ב־1834 בטובולסק שבסיביר, הצעיר במשפחה גדולה. הוא למד בסנט פטרסבורג, ערך מחקר בהיידלברג שבגרמניה, וב־1860 השתתף בקונגרס קרלסרואה, שבו התווכחו כימאים כיצד למדוד משקלים אטומיים באופן אמין. עד סוף שנות ה־60 של המאה ה־19 היה פרופסור לכימיה באוניברסיטת סנט פטרסבורג.

בעיה של ספר לימוד

בסוף שנות ה־60 של המאה ה־19 כתב מנדלייב ספר לימוד חדש, עקרונות הכימיה. הוא היה זקוק לסדר הגיוני שבו יציג את היסודות, שהיו ידועים מהם קצת יותר מ־60. הוא אסף את משקליהם האטומיים ואת תכונותיהם הכימיות, כמו נוסחאות החמצנים שלהם ומספר אטומי המימן או הכלור שהם מתחברים אליהם, וחיפש תבנית שתקשור את כולם יחד.

כיצד בנה את הטבלה

בתחילת 1869 סידר מנדלייב את היסודות בסדר עולה של משקל אטומי וראה שתכונות דומות חוזרות במרווחים קבועים. הוא פרס את היסודות ברשת כך שמשפחות כמו המתכות האלקליות וההלוגנים נפלו בשורה. מאמרו הוצג בפני החברה הכימית הרוסית במרץ 1869, בהקראת עמיתו ניקולאי מנשוטקין מטעמו, ותקציר ממנו הופיע עד מהרה בגרמנית, מה שהעביר את הרעיון ברחבי אירופה.

מנדלייב ניסח את מה שקרא לו החוק המחזורי: תכונות היסודות תלויות באופן מחזורי במשקליהם האטומיים. עד 1871 פרסם טבלה משופרת שבה המשפחות ירדו לאורך שמונה קבוצות אנכיות, מבנה קרוב הרבה יותר לזה שמשתמשים בו כיום.

כימיה לפני סדר המשקל

מנדלייב סמך על ההתנהגות הכימית יותר מאשר על המספרים. במקום שבו סדר משקל קפדני היה מציב יסוד במשפחה הלא נכונה, הוא העביר אותו, והציב את טלוריום לפני היוד הקל ממנו מעט כדי שהיוד יצטרף להלוגנים האחרים. הוא גם התעקש שכמה משקלים אטומיים מקובלים פשוט שגויים. הוא הכפיל את הערך של אורניום מכ־120 ל־240, העלה את זה של אינדיום מכ־76 ל־113 והוריד את זה של בריליום מכ־14 ל־9. מדידות מאוחרות יותר הראו שצדק בכל שלושת המקרים, אף שטלוריום אכן כבד מיוד, חידה שנפתרה רק ב־1913.

פערים ואקה־יסודות

המאפיין הנועז ביותר של הטבלה היה המקומות הריקים שבה. מנדלייב השאיר פערים במקום שבו לא התאים אף יסוד ידוע, וב־1871 תיאר בפירוט שלושה מהיסודות החסרים. הוא קרא להם בצירוף התחילית הסנסקריטית אקה־, שפירושה "אחד", ליסוד שמעל כל פער בטבלה שלו: אקה־אלומיניום ישב מקום אחד מתחת לאלומיניום, אקה־בורון מתחת לבורון ואקה־סיליקון מתחת לסיליקון. לכל אחד מהם העריך את המשקל האטומי, את הצפיפות ואת הנוסחאות והתכונות של תרכובותיו.

החיזויים אושרו

ב־1875 גילה הכימאי הצרפתי פול־אמיל לקוק דה בואבודראן את הגליום. משקלו האטומי, כ־69.7, היה קרוב ל־68 שמנדלייב נתן לאקה־אלומיניום. לקוק מדד תחילה את צפיפות הגליום כ־4.7 גרם לסנטימטר מעוקב, אך מנדלייב כתב שהיא צריכה להיות קרובה ל־5.9 שחזה; עם דגימה טהורה יותר, לקוק קיבל 5.9.

ב־1879 גילה הכימאי השוודי לארס פרדריק נילסון את הסקנדיום, ועמיתו פר טאודור קלבה הצביע על כך שהוא תואם את אקה־בורון, שמנדלייב ציפה שמשקלו האטומי יהיה 44 (זה של סקנדיום הוא כ־45). ב־1886 מצא קלמנס וינקלר את הגרמניום, התאמה קרובה לאקה־סיליקון: מנדלייב חזה משקל אטומי של 72 וצפיפות של 5.5, ואלה של גרמניום הם 72.6 ו־5.3.

לא כל תחזיותיו התממשו, והוא לא חזה משפחה שלמה, הגזים האצילים. אבל שלוש ההצלחות האלה שכנעו את רוב הכימאים שהחוק המחזורי אמיתי.

הטבלה המקבילה של לותר מאייר

מנדלייב לא היה הכימאי היחיד בעקבות הזו. הכימאי הגרמני לותר מאייר ניסח טבלה דומה ב־1868, אף שהיא לא פורסמה עד לאחר מותו, וב־1870 פרסם טבלה מחזורית יחד עם גרף של נפח אטומי כנגד משקל אטומי שעלה וירד בגלים סדירים. מאייר היה זהיר יותר, עם זאת, ולא פרסם תחזיות מפורטות ליסודות חסרים. התחזיות הבטוחות של מנדלייב הן חלק גדול מהסיבה שהשם שלו הוא זה הקשור יותר מכל לטבלה.

הכרה ומנדלביום

ב־1882 העניקה החברה המלכותית בלונדון את מדליית דייווי למנדלייב ולמאייר, וב־1905 קיבל מנדלייב את הפרס העתיק ביותר של החברה, מדליית קופלי. הוא היה מועמד לפרס נובל בכימיה אך מעולם לא קיבל אותו, ומת בסנט פטרסבורג ב־1907.

ב־1955 יצר צוות באוניברסיטת קליפורניה בברקלי, ובהם אלברט גיורסו וגלן סיבורג, את יסוד 101 בהפצצת איינשטייניום בחלקיקי אלפא וקרא לו מנדלביום לכבודו. זה היה ציון דרך: יסוד שהתגלה בארצות הברית, על שם מדען רוסי, בעיצומה של המלחמה הקרה.